PLC在灌裝旋蓋機上的應用

楊粵東

PLC在灌裝旋蓋機上的應用

楊粵東

（湯臣倍健股份有限公司）

本文采用PLC原理進行編程控制，對液體灌裝旋蓋機用單片機控制元件動作的控制方式改造，達到縮短生產時間、減少維修及調試的工作量，更好的提高產品質量及更為穩定的生產效率。

液體灌裝旋蓋機；步進電機；PLC；梯形圖；霍爾開關

1 引言

公司一臺KBGX系列微電腦液體灌裝旋蓋機，這臺液體灌裝旋蓋設備工藝水平和生產能力仍存在一些缺陷和不足，需對其進行技術改造，以滿足使用要求。

2 實際調試及生產中存在的問題

經設備廠家調試后，在實際生產就發現如下五個問題：

（1）單管分2次灌裝，使液體產生大量泡沫裝量不準確；

（2）液體灌滿出瓶體，無法給下一工藝的貼標；

（3）氣動旋蓋不穩定，蓋松緊度也就不穩定，使瓶子有漏油現象，并且旋蓋頭的硅膠磨損大，經常更換；

（4）生產能力為18瓶/min，無法加速；

（5）無法滿足工藝要求，返工產品多。

經反饋至設備廠家以上問題后，通過設備廠商配合，提供不同配件進行模擬實驗。

3 原因分析

經過仔細的調查，針對以上問題及其設備的原工作原理，分析其誘因如下：

（1）蠕動泵原理圖如圖1所示；通過蠕動泵的工作原理我們可以看到：單管分2次灌裝，每次流量大并有脈沖，使液體產生大量泡沫，裝量不準確，是由于單片機控制，只能控制兩臺蠕動泵，從而影響了生產量的提高。

圖1 蠕動泵原理圖

（2）在灌裝過程液體灌滿會溢出瓶體上，無法給下一道工序貼標。并且由于灌裝到瓶頸部才20mL符合生產要求，蠕動泵是單管每臺一次要完成10mL以上，灌裝量大并有間隔脈沖將會產生大量泡沫使油滿出瓶。

（3）氣動旋蓋不穩定，蓋松緊度也就不穩定，使瓶子有漏油現象，并且旋蓋頭的硅膠磨損大，常要更換。主要由于空壓機是在0.4MPa起動，在0.6MPa停止，造成氣壓不穩定旋蓋不緊；從而導致產品的氣動旋蓋松緊度差異大，部分瓶子存在有漏油現象，且旋蓋頭的硅膠磨損大，更換頻繁。

（4）由于蠕動泵灌裝的缺陷，在保證產品質量的情況下，無法增加產量。

（5）由于其感應采用光電感應，并且灌裝油體對光電感有損壞作用，導致出現誤感應，更因為控制部分是單片機，其抗干擾能力差、不可擴展性編程、并且電路板多、布線復雜造成的穩定性差的原因。從而導致此設備在目前的情況下無法滿足產品的工藝要求，且產品質量參差不齊。

4 改造解決方案

4.1 針對兩臺蠕動泵在單管運作時會產生一個脈沖流

采用了斯派莎克公司生產的505L低脈沖、高精度蠕動泵頭“雙Y”雙管分流，電機采用華興數控的二相八拍混合式步進電機帶驅動。在采用了以上技術改造后，設備得到了很好的改善：流動時幾乎無脈沖。從而提高了產品裝量且精度更為精確，精度可達至0.5%，液體在管中流動無脈沖，可以保障脈沖及精度問題。

4.2 蠕動泵增加到四臺即一瓶油分四次灌裝

同時增加一臺真空泵，負責抽所灌裝瓶內的空氣（真空管道引至灌裝瓶口處），其作用為：可實現快速灌裝時加速排出空氣。但由于受單片控制系統的限制。故采用了兩套PLC進行自動控制系統其主要每個PLC都只有兩個高精密控制輸出端口，保障各電路、四臺混合式步進行電機的正常運行，實現灌裝旋蓋機的加速。

4.3 光電感應器改為磁性的霍爾開關控制灌裝

根據工藝流程及磁性霍爾開關的特點，并考慮到灌裝控制的準確性前提下：將光電感應器改為磁性的霍爾開關控制灌裝，方便提高精度、防止油損、減少維修量，提高工作效率。氣動旋蓋改為三相小型電機帶動磁阻尼器旋蓋。旋蓋松緊度由磁阻尼器進行調節。

4.4 PLC的選型

由于PLC具有結構緊湊、基本性能、功能豐富、靈活通用、可靠性高、抗干擾能力強、容易擴展的特點。并根據工藝流程，我司所需使用的PLC必須符合輸入7個開關量，12個輸出量、而且需具備有4個高速脈沖輸出點的要求。經過綜合對比：三菱的PLC可編程控制器的12個輸出點中就有四個高速脈沖輸出點，它可以控制四臺混合式步進電機，使灌裝量得到進一點的提升。所用了兩臺三菱公司生產的KX1s-14MT型PLC可編程控制器。進一步實現了控制系統穩定性能增加，在產品質量得到保障的同時也提升了產品產量。

4.5 改造后液體灌裝旋蓋機PLC操作流程

合上電源PLC主從機的信息交換，啟動（主機M3、從機M402）；（主機Y4）主電機轉動和（主機Y5）振蕩器起動開始自動理蓋；同時（從機Y4）旋蓋電動機轉動開始自動旋蓋，把瓶放入等分盤內，等分盤每轉一格位設備主軸上的同步接觸感應開頭動作（主、從機X0）同步啟動；瓶進行入1#灌裝瓶位時，接觸感應開頭動作（X1），（主機Y0）輸出高速脈沖信號，同時（主機Y2）輸出正/反轉信號，1號步進電機動作，蠕動泵開始灌裝；瓶進行入2#灌裝瓶位時，接觸感應開頭動作（X2），（主機Y1）輸出高速脈沖信號，同時（主機Y3）輸出正/反轉信號，2號步進電機動作，蠕動泵開始灌裝；3#、4#步驟在從機與主機類同。瓶進行自動循環狀態，（M9）自動停止健。

5 效果對比

改造后效果對比如表1和表2所示。

表1 改造后效果對比

表2 設備的電路改造前、后產量50400瓶/批對照

設備購入180000元，改造試驗時投入45000元，主要用于采購各種配件。經試用成功后，委托加工以90000元采購9臺同類設備投入生產。就采購設備就為公司創造（180000-90000）×9=810000元；每月我公司生產藥品7批計算，（1680-420）×7×12=105840元；并在生產過程中縮短了生產周期。

6 結束語

PLC自動控制系統與單片機控制相比較，增加了中央監控、更為可靠、穩定、靈活。減少了工人的工作量。從而提高了工作效率，是一種有效的自動控制系統，在實際使用中取得很好的效果，值得推廣到其他設備應用。

本次改進不足之處是只能對灌裝旋蓋機進行自動控制生產，不能用于整個生產線上使用。需要改進的項目還有很多，在今后的工作中，需不斷學習新知識與新的技能，并把掌握的知識運用到工作中去。使公司現有的生產設備上提高產品的質量和產量方面發揮更大的作用。

[1]梁耀光，余文烋，主編.工業控制新技術教程.華南理工大學出版，2014（09）.

[2]馬銀戌，陳港殿.灌裝機的PLC控制系統設計[J].食品科技，2009（08）.

[3]《斯派莎克產品手冊》.斯派莎克工程（中國）有限公司.

[4]《液體灌裝旋蓋機使用說明書》.上海華東制藥機械有限公司.

[5]《混合式步進電機說明書》.南京華興數控設備責任公司.

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2016-10-21